Ежегодно Роспатент публикует список лучших изобретений России. В 2025 г. году в него попали разработки, которые решают актуальные задачи и связаны с критически важными областями: энергетика, медицина, экология. В этой статье описаны лучшие российские изобретения в энергетической промышленности.
Вторичное использование производственных отходов в качестве топлива
Российская угольная компания ООО «ПК Карботехпром» изобрела новую угольную смесь, которая может использоваться в качестве топлива на тепловых электростанциях. Особенностью этой разработки является то, что в качестве одного из компонентов используются отходы, получаемые при производстве графитовых электродов. Электроды применяются в металлургии, в доменных печах при выплавке стали и чугуна, а отходы в виде стружки и пыли образуются при их механической обработке.
В 2025 г. в России больше всего электричества, как и раньше, произведено на тепловых электростанциях – более 50%. Угольные запасы в некоторых регионах истощены, поэтому назрела проблема газификации ТЭЦ. А многие ТЭЦ, особенно на Дальнем Востоке, были спроектированы так, что для них подходит только конкретный тип угля с определенного месторождения.
В изобретении ООО «ПК Карботехпром» предлагается использовать углеграфитовые материалы марок Cg-60 и Сg-80 – отходы от производства электродов – в смеси с антрацитом различных марок. Изобретатели подобрали состав для нескольких ТЭЦ: эти компоненты позволяют отрегулировать свойства топливной смеси до нужных показателей. Одновременно такое применение позволяет утилизировать производственные отходы.
✦Сколько стоит запатентовать идею?
Солнечная электростанция, работающая ночью
Ученые из Национального исследовательского университета «Московского энергетического института» (НИУ «МЭИ») придумали усовершенствованную конструкцию солнечной электростанции с высоким КПД. Такая электростанция обеспечивает бесперебойное производство электроэнергии в пасмурную погоду или ночью, когда солнечного света недостаточно.
За прототип изобретения была принята солнечная электростанция Нур Уарзазат (Марокко, пустыня Сахара). Это самая крупная солнечная электростанция в мире, площадь которой занимает 3 500 футбольных полей, а первоначальная стоимость ее строительства была оценена в €2,1 млрд.
Тепловые электростанции вырабатывают электричество по термодинамическому циклу Ренкина, когда нагретый пар вращает турбину, а ее вал соединен с валом электрогенератора. В качестве первичного источника тепла служит уголь или газ, а для солнечных электростанций – солнечная энергия.
Для преобразования солнечного света в электрическую энергию применяются фотоэлектрические панели, а электростанция Нур Уарзазат в Сахаре работает по другому принципу – огромное количество зеркал «собирает» солнечные лучи в один горячий пучок на вершине башни (помните, как вы в детстве прожигали бумагу с помощью зеркала?). Он и нагревает высокотемпературный носитель – расплавленную соль до 500-600 °С. Эта соль, в свою очередь, нагревает воду, а вода превращается в пар, который крутит турбину.
Станция Нур Уарзазат в Сахаре аккумулирует тепло для турбины в накопителях с расплавленной солью, что позволяет ей вырабатывать энергию даже после захода солнца.
По подсчетам немецкого физика-ядерщика Герхарда Книса, то количество энергии, которое получают пустыни от Солнца всего за 6 ч, превышает количество энергии, потребляемое человечеством за 1 год.
Разработчики НИУ «МЭИ» поставили перед собой задачу повысить КПД солнечной электростанции. Это достигается за счет двух отдельных гелиотермических блоков (двух башен) с разделением функций. Одна из башен используется только для генерации пара для турбины, а вторая – для нагрева теплоносителя (расплавленной соли) для аккумулирования энергии.
В результате расчетный КПД стал выше на 7,4% по сравнению с прототипом, годовая выработка электроэнергии должна увеличиться на 15%. Прирост КПД даже на 1-2% для турбогенераторных установок, работающих, например, на угле, является сложной инженерной задачей, а на практике это помогает сэкономить десятки тысяч тонн топлива и получить хороший экономический эффект.
Долговечные батарейки, способные работать на морозе
Тихо и незаметно произошла литий-ионная революция в XX веке. До появления литий-ионных аккумуляторов использовались никель-кадмиевые и никель-металлогидридные: они были тяжелыми и быстро разряжались.
И лишь переход на литий-ионные аккумуляторы сделал мир таким мобильным, каким мы видим его сейчас: смартфоны могут сутками работать без подзарядки, электроинструменты и беспроводная бытовая техника больше не «привязаны» к электрической розетке, дроны и электроавтомобили могут перемещаться на большие расстояния, а кардиостимуляторы получили долговечный источник энергии.
В XXI веке литий-ионные аккумуляторы стали безальтернативным источником питания во всех портативных устройствах. Именно благодаря им появилась полноценная мобильная связь. За 30 лет развития они практически вытеснили из обихода аккумуляторы других электрохимических систем.
В 2019 г. ученые-химики Уиттингем, Гуденаф и Ёсино получили Нобелевскую премию «за создание перезаряжаемого мира». Объем мирового рынка литий-ионных аккумуляторов в 2025 г. превысил $150 млрд.
Одним из важных шагов в развитии аккумуляторов стало использование углерода в качестве электрода. В 1985 г. японский исследователь Акиро Ёсино (Akira Yoshino) запатентовал электрод из нефтяного кокса, в который обратимо внедряется литий. А в 1991 г. японская фирма Sony впервые коммерциализировала аккумуляторы с системой графит/кобальтит лития.
Однако недостатком аккумуляторов с углеродным катодом является ограниченная емкость по обратимому внедрению ионов лития и неспособность работать при температурах ниже -10°С.
Ученые из Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) предложили способ, как решить эту проблему: наносить на электрод литий-ионных аккумуляторов нановолокна германия. Такой электрод имеет более высокую поверхностную емкость (количество электрического заряда, которое может «запасти» 1 см2 площади) и может работать при экстремально низких температурах до -50°С.
Удельная емкость стандартного графитового (углеродного) электрода при скорости заряда-разряда 1C обычно находится в диапазоне 300–320 мАч/г; емкость значительно уменьшается с числом циклов (зарядки-разрядки), причем тем сильнее, чем выше ток циклирования. График, приведенный в патенте, свидетельствует о более высоких эксплуатационных характеристиках.
Повышение удельной плотности аккумуляторов при сохранении их компактности – главная цель производителей. Это позволяет увеличить время автономной работы гаджетов и техники.
_____________________
Другие интересные статьи по теме:
✦Мировые «потоки знаний» и ускорение внедрения технологий: итоги 2026 года